(57)【要約】【課題】製造コストの低減が図られており、レーザ媒質からより高品質のレーザ光を出力可能なレーザ装置及びレーザシステムを提供する。【解決手段】  レーザ装置１０は、対向する第１の端面１２及び第２の端面１３を有しており、励起光が入射されることにより光を放出するレーザ媒質１１と、第１の端面上に配置され、レーザ媒質を冷却するＮ（Ｎは２以上の整数）個の第１の電子冷却素子２２Ａ〜２２Ｄと、第２の端面上に配置され、レーザ媒質を冷却するＮ個の第２の電子冷却素子４２Ａ〜４２Ｄとを備える。そして、Ｎ個の第１及び第２の電子冷却素子は、第１の端面に略直交する所定軸線Ｌ１周りに略等間隔で配置されており、第２の電子冷却素子各々の配置位置は、第２の電子冷却素子各々に対応する第１の電子冷却素子の配置位置に対して所定軸線周りにずれている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する第１の端面及び第２の端面を有しており、励起光が入射されることにより光を放出するレーザ媒質と、
前記第１の端面上に配置され、前記レーザ媒質を冷却するＮ（Ｎは２以上の整数）個の第１の電子冷却素子と、
前記第２の端面上に配置され、前記レーザ媒質を冷却するＮ個の第２の電子冷却素子と、
を備え、
Ｎ個の前記第１及び第２の電子冷却素子は、前記第１の端面に略直交する所定軸線周りに配置されており、
前記第２の電子冷却素子各々の配置位置は、前記第２の電子冷却素子各々に対応する前記第１の電子冷却素子の配置位置に対して前記所定軸線周りにずれていることを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
Ｎ個の前記第１の電子冷却素子は、前記所定軸線周りに略等間隔で配置されており、
Ｎ個の前記第２の電子冷却素子は、前記所定軸線周りに略等間隔で配置されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記第２の電子冷却素子各々の配置位置は、前記第２の電子冷却素子各々に対応する前記第１の電子冷却素子の配置位置に対して前記所定軸線周りにπ／Ｎ（ラジアン）ずれていることを特徴とする請求項２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
Ｎ個の前記第１の電子冷却素子を保持すると共に、熱伝導性を有する第１の素子保持部材と、
Ｎ個の前記第２の電子冷却素子を保持すると共に、熱伝導性を有する第２の素子保持部材と、
を更に備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記レーザ媒質を保持する媒質保持部材を更に有し、
前記第１及び第２の素子保持部材は前記媒質保持部材に固定されていることを特徴とする請求項４に記載のレーザ装置。
【請求項６】
前記第１の電子冷却素子と前記第１の端面との間に配置される第１の伝熱シートと、
前記第２の電子冷却素子と前記第２の端面との間に配置される第２の伝熱シートと、
を更に備え、
前記第１及び第２の伝熱シートの熱伝導率が、前記レーザ媒質の熱伝導率より大きいことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のレーザ装置。
【請求項７】
前記第１の伝熱シートと前記レーザ媒質の第１の端面との間に配置されており、前記レーザ媒質より大きい熱伝導率を有する第１の伝熱部材と、
前記第２の伝熱シートと前記レーザ媒質の第２の端面との間に配置されており、前記レーザ媒質より大きい熱伝導率を有する第２の伝熱部材と、
を備え、
前記第１及び第２の伝熱部材は、前記励起光によって放出される光及び前記励起光を通すことを特徴とする請求項６に記載のレーザ装置。
【請求項８】
対向する第１の端面及び第２の端面を有しており、励起光が入射されることにより光を放出するレーザ媒質と、
前記第１の端面内のＮ（Ｎは２以上の整数）個の第１の領域上に配置され、前記レーザ媒質を冷却する複数の第１の電子冷却素子と、
前記第２の端面内のＮ個の第２の領域上に配置され、前記レーザ媒質を冷却する複数の第２の電子冷却素子と、
を備え、
複数の前記第１及び第２の電子冷却素子が配置されるＮ個の前記第１及び第２の領域は、前記第１の端面に略直交する所定軸線周りに位置しており、
前記第２の領域各々は、対応する前記第１の領域に対して前記所定軸線周りにずれていることを特徴とするレーザ装置。
【請求項９】
Ｎ個の前記第１の領域は、前記所定軸線周りに略等間隔で配置されており、
Ｎ個の前記第２の領域は、前記所定軸線周りに略等間隔で配置されており、
前記第２の領域各々の位置は、前記第２の領域各々に対応する前記第１の領域の位置に対して前記所定軸線周りにπ／Ｎ（ラジアン）ずれていることを特徴とする請求項８に記載のレーザ装置。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか一項に記載のレーザ装置と、
前記レーザ装置が有する前記レーザ媒質を励起する励起光を出力する励起手段と、
前記励起手段から出力される前記励起光を前記レーザ媒質に入射する照射手段と、
前記レーザ媒質と光共振器を構成する反射手段と、
を備えることを特徴とするレーザシステム。
【請求項１１】
請求項１〜９の何れか一項に記載のレーザ装置と、
前記レーザ装置が有する前記レーザ媒質を励起する励起光を出力する励起手段と、
前記励起手段から出力される前記励起光を前記レーザ媒質に入射する照射手段と、
を備え、
前記レーザ媒質は、前記第１の端面に励起光が入射されることによって被増幅光を増幅することを特徴とするレーザシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ装置及びそのレーザ装置を利用したレーザシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザ発振を生じせしめるレーザ発振システムでは、レーザダイオード（ＬＤ）等から出力された励起光をＹＡＧ等のレーザ媒質に入射させることによって、レーザ媒質に励起エネルギを供給している。レーザ媒質に供給された励起エネルギのうち、光として放出（自然放出及び誘導放出）されなかったエネルギは熱となり、レーザ媒質の温度を上昇させる。過度の温度上昇は、熱歪によるレーザ媒質の破壊をもたらすためレーザ媒質を適宜冷却する必要がある。
【０００３】
レーザ媒質を冷却する方法としては、主にペルチェ素子に代表される電子冷却素子と、アルミや銅製のヒートシンクとを組み合わせた空冷式が知られている。レーザ媒質を空冷式によって冷却する従来技術として、特許文献１，２に記載のものがある。
【０００４】
特許文献１には、中央に励起光を通すための穴を有する板状の一対のペルチェ素子で、ディスク状のレーザ媒質を挟み込み、レーザ媒質をその両面から冷却する技術が開示されている。更に、特許文献２には、特許文献２と同様に、中央に励起光を通すための穴を有する板状のペルチェ素子でレーザ媒質を冷却する技術が開示されている。また、特許文献２には、レーザ媒質を固定するホルダの周囲に複数のペルチェ素子を均等に配置する利用する技術も開示されている。
【特許文献１】米国特許第６７７５３１３号明細書
【特許文献２】特開平５−４１５５７号公報
【特許文献３】米国特許第５７９６７６６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、汎用ペルチェ素子は、板状であって中央に励起光を通すための穴を有していない。そのため、特許文献１，２に開示されている技術を適用するために、中央に穴のあいたペルチェ素子を特注で製造する必要があり、結果として、レーザ装置における製造コストの増加をもたらす虞がある。
【０００６】
また、特許文献２に記載されているように、複数のペルチェ素子を利用する場合、レーザ媒質からのペルチェ素子による吸熱はそのペルチェ素子が配置された部分で主に行われることから、レーザ媒質中には、ペルチェ素子の配置を反映した温度分布が生じることになる。このような温度分布は、レーザ媒質中に屈折率分布を誘発し、レーザ媒質中を伝播する光に熱レンズ効果や熱複屈折率効果を生じせしめる。その結果として、レーザ媒質をレーザ発振器やレーザ増幅器に適用した場合に、レーザ媒質から出力されるレーザ光の品質の低下を招く虞がある。
【０００７】
そこで、本発明は、製造コストの低減が図られており、レーザ媒質からより高品質のレーザ光を出力可能なレーザ装置及びレーザシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るレーザ装置は、対向する第１の端面及び第２の端面を有しており、励起光が入射されることにより光を放出するレーザ媒質と、第１の端面上に配置され、レーザ媒質を冷却するＮ（Ｎは２以上の整数）個の第１の電子冷却素子と、第２の端面上に配置され、レーザ媒質を冷却するＮ個の第２の電子冷却素子と、を備え、Ｎ個の第１及び第２の電子冷却素子は、第１の端面に略直交する所定軸線周りに略等間隔で配置されており、第２の電子冷却素子各々の配置位置は、第２の電子冷却素子各々に対応する第１の電子冷却素子の配置位置に対して所定軸線周りにずれていることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、レーザ媒質の第１及び第２の端面上に第１及び第２の電子冷却素子を配置しているので、レーザ媒質を両面から効率的に冷却できる。また、第１及び第２の電子冷却素子は、所定軸線周りに配置されているので、所定軸線近傍に光を通すことが可能である。よって、第１及び第２の電子冷却素子自体に光を通すための穴等を形成しなくてもよく、レーザ装置の製造コストの低減を図れる。
【００１０】
更に、各第２の電子冷却素子の配置位置は、対応する第１の電子冷却素子に対して所定軸線周りにずれていることから、レーザ媒質に対して、第１及び第２の電子冷却素子が所定軸線周りにずれて配置されることになる。よって、第１及び第２の電子冷却素子が所定軸線方向において同じ位置に配置されている場合より、レーザ媒質は、所定軸線周りに均等に冷却されることになる。その結果、レーザ媒質を利用して生成又は増幅されるレーザ光の伝播方向に直交する断面内での強度分布の均一性が向上することになり、高品質のレーザ光を得ることができる。
【００１１】
また、本発明に係るレーザ装置では、Ｎ個の第１の電子冷却素子は、所定軸線周りに略等間隔で配置されており、Ｎ個の第２の電子冷却素子は、所定軸線周りに略等間隔で配置されていることが好ましい。
【００１２】
この構成では、Ｎ個の第１及び第２の電子冷却素子は、それぞれ所定軸線周りに２π／Ｎ（ラジアン）毎に配置され、第２の電子冷却素子の配置位置は、第１の電子冷却素子の配置位置に対してずれている。そのため、より均一にレーザ媒質を冷却することができる。
【００１３】
また、このとき、第２の電子冷却素子各々の配置位置は、第２の電子冷却素子各々に対応する第１の電子冷却素子の配置位置に対して所定軸線周りにπ／Ｎ（ラジアン）ずれていることが好適である。
【００１４】
各第２の電子冷却素子が、対応する第１の電子冷却素子に対して所定軸線周りにπ／Ｎ（ラジアン）ずれていることで、所定軸線に直交する面内において、隣接する第１の電子冷却素子の間に第２の電子冷却素子が配置され、結果として、所定軸線周りに第１の電子冷却素子と第２の電子冷却素子とが交互に配置されることになる。そのため、第１及び第２の電子冷却素子の配置位置によるレーザ媒質の温度分布の不均一性がより低減され、結果として、レーザ媒質を利用して生成又は増幅されるレーザ光の強度分布の均一性を更に向上させることができる。
【００１５】
また、本発明に係るレーザ装置では、（１）Ｎ個の第１の電子冷却素子を保持すると共に、熱伝導性を有する第１の素子保持部材と、（２）Ｎ個の第２の電子冷却素子を保持すると共に、熱伝導性を有する第２の素子保持部材とを更に備えることが好ましい。
【００１６】
第１及び第２の素子保持部材によってＮ個の第１及び第２の電子冷却素子を保持していることから、第１及び第２の素子保持部材をレーザ媒質に固定することによって、第１及び第２の電子冷却素子を第１及び第２の端面上に配置することができる。この場合、第１及び第２の電子冷却素子は、レーザ媒質に対して直接接着剤などによって固定されていないので、第１及び第２の電子冷却素子とレーザ媒質との熱膨張係数の違い等によって生じる熱歪の負荷でそれらが破損することが抑制されている。また、第１及び第２の素子保持部材は、熱伝導性を有することから、より効率的且つ均一にレーザ媒質を冷却することが可能である。
【００１７】
また、第１及び第２の素子保持部材を有する本発明に係るレーザ装置では、レーザ媒質を保持する媒質保持部材を更に有し、第１及び第２の素子保持部材は媒質保持部材に固定されていることが好適である。これにより、第１及び第２の電子冷却素子とレーザ媒質との熱膨張係数の違い等に起因するそれらの破損を更に抑制できている。
【００１８】
更に、本発明に係るレーザ装置では、（１）第１の電子冷却素子と第１の端面との間に配置される第１の伝熱シートと、（２）第２の電子冷却素子と第２の端面との間に配置される第２の伝熱シートと、を更に備え、第１及び第２の伝熱シートの熱伝導率が、レーザ媒質の熱伝導率より大きいことが好ましい。
【００１９】
この構成では、第１及び第２の伝熱シートを介して第１及び第２の電子冷却素子が第１及び第２の端面上に配置される。第１及び第２の伝熱シートの熱伝導率は、レーザ媒質の熱伝導率より大きいことから、レーザ媒質の熱は、第１及び第２の伝熱シートを介して効率的に第１及び第２の電子冷却素子に伝えられる。よって、第１及び第２の電子冷却素子によって、容易にレーザ媒質を冷却できる。
【００２０】
更にまた、本発明に係るレーザ装置では、（１）第１の伝熱シートとレーザ媒質の第１の端面との間に配置されており、レーザ媒質より大きい熱伝導率を有する第１の伝熱部材と、（２）第２の伝熱シートとレーザ媒質の第２の端面との間に配置されており、レーザ媒質より大きい熱伝導率を有する第２の伝熱部材と、を備え、第１及び第２の伝熱部材は、励起光によって放出される光及び励起光を通すことが好ましい。
【００２１】
第１及び第２の伝熱部材の熱伝導率がレーザ媒質より大きいことから、レーザ媒質で生じた熱は、第１及び第２の伝熱部材に流れやすい。これによって、レーザ媒質において、所定軸線と略直交する面内での温度分布の不均一が更に抑制され、結果として、レーザ媒質を利用して生成される又は増幅されるレーザ光の断面内での強度分布の均一性を向上させることが可能である。
【００２２】
また、本発明に係るレーザ装置は、対向する第１の端面及び第２の端面を有しており、励起光が入射されることにより光を放出するレーザ媒質と、第１の端面内のＮ（Ｎは２以上の整数）個の第１の領域上に配置され、レーザ媒質を冷却する複数の第１の電子冷却素子と、第２の端面内のＮ個の第２の領域上に配置され、レーザ媒質を冷却する複数の第２の電子冷却素子と、を備え、複数の第１及び第２の電子冷却素子が配置されるＮ個の第１及び第２の領域は、第１の端面に略直交する所定軸線周りに位置しており、第２の領域各々は、対応する第１の領域に対して所定軸線周りにずれていることを特徴とする。
【００２３】
この構成によれば、レーザ媒質の第１及び第２の領域上に複数の第１及び第２の電子冷却素子が配置されているので、レーザ媒質を両面から効率的に冷却できる。また、第１及び第２の電子冷却素子が配置される第１及び第２の領域は、所定軸線周りに配置されていることから、所定軸線近傍に光を通すことができる。そのため、第１及び第２の電子冷却素子自体に光を通すための穴等を形成しなくてもよく、レーザ装置の製造コストの低減を図れる。
【００２４】
更に、各第２の領域の位置は、対応する第１の領域に対して所定軸線周りにずれていることから、第１及び第２の領域が所定軸線方向において同じ位置に配置されている場合より、レーザ媒質は、複数の第１及び第２の電子冷却素子によって所定軸線周りに均等に冷却されることになる。その結果、レーザ媒質を利用して生成又は増幅されるレーザ光の伝播方向に直交する断面内での強度分布の均一性が向上することになり、高品質のレーザ光を得ることができる。
【００２５】
更にまた、本発明に係るレーザ装置では、Ｎ個の第１の領域は、所定軸線周りに略等間隔で配置されており、Ｎ個の第２の領域は、所定軸線周りに略等間隔で配置されており、第２の領域各々の位置は、第２の領域各々に対応する第１の領域の位置に対して所定軸線周りにπ／Ｎ（ラジアン）ずれていることが好ましい。
【００２６】
第１及び第２の領域は、それぞれ所定軸線周りに略等間隔で配置されており、各第２の領域の位置は、対応する第１の領域に対して所定軸線周りにπ／Ｎ（ラジアン）ずれていることから、所定軸線に直交する面内においては、隣接する第１の領域間に第２の領域が位置することになる。そして、第１及び第２の領域が複数の第１及び第２の電子冷却素子によって冷却されるので、レーザ媒質は、第１及び第２の電子冷却素子によって、所定軸線周りに均等に冷却されることになる。従って、レーザ媒質を利用して生成又は増幅されるレーザ光の断面における強度分布を均一にすることが可能である。
【００２７】
この場合、第１の伝熱シートと第１の端面との間に配置されており、レーザ媒質より大きい熱伝導率を有する第１の伝熱部材と、第２の伝熱シートと第２の端面との間に配置されており、レーザ媒質より大きい熱伝導率を有する第２の伝熱部材と、を備え、第１及び第２の伝熱部材は、励起光によって放出される光及び励起光を通すことが好ましい。また、レーザ媒質を保持する媒質保持部材を更に備え、第１及び第２の電子冷却素子部は、媒質保持部材に固定されていることも好適である。
【００２８】
また、本発明に係るレーザシステムは、本発明に係るレーザ装置と、レーザ装置が有するレーザ媒質を励起する励起光を出力する励起手段と、レーザ媒質と光共振器を構成する反射手段と、を備えることを特徴とする。
【００２９】
このレーザシステムでは、励起手段によって出力される励起光がレーザ装置が有するレーザ媒質に入射されることで、レーザ媒質から光が放出される。このレーザ媒質から出力される光は、反射手段とレーザ媒質とによって構成される光共振器内で複数回反射することによって、レーザ発振を生じせしめる。レーザ媒質は、レーザ装置が有する第１及び第２の電子冷却素子で冷却される。このとき、レーザ媒質内の温度分布の不均一が抑制されているので、レーザシステムから出力されるレーザ光の断面における強度分布の均一性が向上している。
【００３０】
また、本発明に係るレーザシステムは、本発明に係るレーザ装置と、レーザ装置が有するレーザ媒質を励起する励起光を出力する励起手段と、を備え、レーザ媒質は、第１の端面に励起光が入射されることによって被増幅光を増幅することを特徴とする。
【００３１】
このレーザシステムでは、励起手段によって出力される励起光がレーザ装置が有するレーザ媒質に入射されるレーザ媒質が励起される。そして、第１の端面に被増幅光が入射されたときに誘導放出が生じ、被増幅光が増幅される。レーザ媒質は、レーザ装置が有する第１及び第２の電子冷却素子で冷却される。このとき、レーザ媒質内の温度分布の不均一が抑制されているので、レーザシステムから出力されるレーザ光の径方向の強度分布の均一性が向上している。
【発明の効果】
【００３２】
本発明のレーザ装置及びレーザシステムによれば、製造コストの低減を図ることができ、レーザ媒質からより高品質のレーザ光を出力可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、図面を参照して、本発明に係るレーザ装置及びレーザシステムの好適な実施形態について説明する。図の説明において、同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３４】
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係るレーザシステムの一実施形態の概略図である。図２は、図１に示したレーザシステムに適用されている本発明に係るレーザ装置の一実施形態の斜視図である。
【００３５】
レーザシステム１は、レーザ光を生成するものであり、特に、１００Ｗ以下の低出力なレーザ光を生成するものであって、産業用のレーザ発振器として利用される。レーザシステム１は、レーザ装置としてのレーザヘッド２を備えており、このレーザヘッド２は、ステンレス(又はアルミ)製固定台３へ固定されている。レーザヘッド２は、レーザ媒質部１０を備え、レーザ媒質部１０は、励起光の入射により励起されて光を放出する円板状のレーザ媒質１１を有する。
【００３６】
また、レーザヘッド２は、レーザ媒質１１を冷却するために、レーザ媒質１１が有する表面（第１の端面）１２側に配置された電子冷却素子部（第１の電子冷却素子部）２０及びヒートシンク３０を備え、レーザ媒質１１が有する裏面（第２の端面）１３側に配置された電子冷却素子部（第２の電子冷却素子部）４０及びヒートシンク５０を備える。
【００３７】
各電子冷却素子部２０，４０は、それぞれ温度調節器６１，６２（図２参照）に接続されており、温度調節器６１，６２によって制御され、レーザシステム１の動作時に発生するレーザ媒質１１の熱を吸熱してレーザ媒質１１を冷却する。ヒートシンク３０，５０は、電子冷却素子部２０，４０によってレーザ媒質１１から吸熱された熱を排熱するためのものであり、送風による強制対流によって冷却される。なお、直接ヒートシンク３０，５０に冷却水を流すことでヒートシンク３０，５０を冷却してもよい。
【００３８】
更に、レーザシステム１は、レーザ媒質１１を励起する励起光を出力する励起手段４、及び、励起手段４から出力される励起光をレーザ媒質１１に入射する照射手段５を備える。励起手段４及び照射手段５は、レーザ媒質１１の裏面１３側（図１中の左側）に配置されており、励起光をレーザ媒質１１の裏面１３側からレーザ媒質１１に入射する。
【００３９】
励起手段４は、半導体レーザ（ＬＤ）４Ａに光ファイバ４Ｂを結合させた、いわゆるファイバ結合型ＬＤである。ＬＤ４Ａは、波長８０８ｎｍの連続光を励起光として出力し、ＬＤ４Ａから出力された励起光は光ファイバ４Ｂ内を伝播して光ファイバ４Ｂの照射手段５側の端から出射される。ＬＤ４Ａの出力としては、２０Ｗが例示される。
【００４０】
照射手段５は、一対のシリンドリカルレンズ５Ａ，５Ｂから構成される集光光学系である。シリンドリカルレンズ５Ａ，５Ｂの光軸（照射手段５の光軸）は、レーザ媒質１１の中心線（所定軸線）Ｌ１とほぼ一致しており、シリンドリカルレンズ５Ａ，５Ｂの曲率は、励起光が発散せずにレーザ媒質１１に照射され、且つ、レーザ媒質１１中でのレーザ光の径と整合するように決定されている。シリンドリカルレンズ５Ａ，５Ｂには、励起光波長８０８ｎｍに対する無反射コーティングが施されており、シリンドリカルレンズ５Ａ，５Ｂは、励起光に対して高透過率（例えば、９９．６％）を有する。
【００４１】
更に、レーザシステム１は、レーザ媒質１１の表面１２側に配置された反射手段６を備える。反射手段６は、全反射ミラー６Ａと出力ミラー６Ｂとを有しており、レーザ媒質１１とリング型の光共振器を構成している。このリング型光共振器は、レーザ媒質１１の表面１２から所定の角度で出力された光を、全反射ミラー６Ａ、出力ミラー６Ｂ、レーザ媒質１１の順に伝播させて、光共振器内で周回せしめる。全反射ミラー６Ａと出力ミラー６Ｂとの間には、光共振器内を一方向に光が伝搬するように、ファラデー効果を利用した光アイソレータ７が設置されている。
【００４２】
次に、図２〜図７を利用して、レーザシステム１の特徴をなすレーザヘッド２について詳説する。図３は、レーザヘッドの分解斜視図である。図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。図５は、レーザ媒質部の分解斜視図である。図５では、後述する誘電体多層膜１４，１５の記載は省略してある。図６は、電子冷却素子部の分解斜視図である。図７は、レーザ媒質の両側に配置されるペルチェ素子の配置関係を示す図である。
【００４３】
図３〜図５に示すように、レーザヘッド２のレーザ媒質部１０が有するレーザ媒質１１は、ホスト媒質としてのＹＡＧにＮｄがドープされたＮｄ：ＹＡＧセラミックスディスクである。ＹＡＧへのＮｄのドープ濃度は、励起光吸収端面での吸収による寄生発振を抑えつつ吸収率が約１００％となるように設定されており、０．８ａｔ．％が例示される。レーザ媒質１１の半径は例えば１６ｍｍであり厚さは例えば８ｍｍである。このレーザ媒質１１は、波長８０８ｎｍの光によって励起され、波長１０６４ｎｍの光を放出する。
【００４４】
図４に示すように、レーザ媒質１１の表面（第１の端面）１２及び裏面（第２の端面）１３上には、誘電体多層膜１４及び誘電体多層膜１５が形成されている。表面１２上の誘電体多層膜１４は、波長１０６４ｎｍの光を透過し(例えば、透過率９８．５％)、波長８０８ｎｍの光を反射(例えば、反射率９９．５％)するダイクロイックコーティングである。また、誘電体多層膜１５は、波長８０８ｎｍの光を透過し(例えば、透過率９８％)、波長１０６４ｎｍの光を反射する(例えば、反射率９９．８％)ダイクロイックコーティングである。これにより、励起光として裏面１３から入射された波長８０８ｎｍの光は、誘電体多層膜１４で反射されてレーザ媒質１１内を往復伝播することになり、励起光がレーザ媒質１１に効率的に吸収される。一方、レーザ媒質１１から放出された波長１０６４ｎｍの光は、表面１２からレーザ媒質１１外に出力される。
【００４５】
また、図３〜図５に示すように、レーザ媒質１１の外周上には、レーザ媒質１１で発生した自然放出光を吸収する光吸収体１６が設けられている。光吸収体１６は、ＹＡＧにＣｒが０．５ａｔ.％ドープされたＣｒ４＋：ＹＡＧセラミックスであり、レーザ媒質（Ｎｄ：ＹＡＧセラミックス）１１の焼結時にレーザ媒質１１に接合されている。光吸収体１６の径方向の長さは例えば３ｍｍである。光吸収体１６の外周には、レーザ媒質固定用部材として、径方向の厚さが例えば１．７ｍｍである断熱シリコン樹脂(またはエポキシ樹脂)１７が貼り付けられている。そして、レーザ媒質１１、光吸収体１６及びシリコン樹脂１７をステンレス(又はアルミ)製ホルダ（媒質保持部材）１８が保持している。ここでは、光吸収体１６をＣｒ４＋：ＹＡＧとしたが、自然放出光を吸収できれば特に限定されない。
【００４６】
このレーザ媒質１１の表面１２上（より具体的には、誘電体多層膜１４上）には、柔軟性を有する高熱伝導シート７１を挟んで電子冷却素子部２０が積層されている。表面１２に積層された高熱伝導シート７１は、高い熱伝導率（５００（Ｗ／ｍＫ））を有するグラファイトシートであり、その外径はホルダ１８の外径とほぼ等しく、表面１２を覆っている。高熱伝導シート７１の厚さは例えば約１００μｍである。
【００４７】
高熱伝導シート７１は、中心線がレーザ媒質１１の中心線Ｌ１と一致するように配置されており、中心線Ｌ１上に、レーザ媒質１１から放出される光（自然放出光及び誘導放出光）を通すための貫通孔７１ａを有する。貫通孔７１ａの直径は、放出光が伝播できれば特に限定されないが、放出光の伝播を疎外しない範囲でより小さい方が好ましく、１２ｍｍが例示される。ここでは、高熱伝導シート７１は、グラファイトシートとしたが、高い熱伝導率を有し、柔軟性を有していれば特に限定されない。
【００４８】
図３、図４及び図６に示すように、電子冷却素子部２０は、金属製の素子保持部材２１にＮ（Ｎは、２以上の整数）個のペルチェ素子（第１の電子冷却素子）２２が埋め込まれたものである。ここでは、Ｎは４とする。以下の説明では、４個のペルチェ素子２２を区別するために、ペルチェ素子２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄとも称す。各ペルチェ素子２２Ａ〜２２Ｄは、配線Ｃ１によって温度調節器６１（図２参照）に電気的に接続されている。
【００４９】
素子保持部材２１は円板状であって、ホルダ１８の外径とほぼ同じ長さの外径を有している。素子保持部材２１は、銅、アルミ、ステンレス等の金属からなり、中心線がレーザ媒質１１の中心線Ｌ１と一致するように配置されている。ペルチェ素子２２Ａ〜２２Ｄの厚さと素子保持部材２１の厚さはほぼ等しく、例えば１．６５ｍｍである。素子保持部材２１の中心線Ｌ１上には、励起光を通す貫通孔２１ａが形成されている。貫通孔２１ａの直径は貫通孔７１ａの直径とほぼ等しい。
【００５０】
そして、貫通孔２１ａの外側に各ペルチェ素子２２Ａ〜２２Ｄを収容する貫通孔２１ｂ〜２１ｅが中心線Ｌ１周りに略等間隔で（図３及び図４では、中心線Ｌ１周りに約９０°毎に）形成されている。貫通孔２１ｂ〜２１ｅの形状は、ペルチェ素子２２Ａ〜２２Ｄの形状とほぼ等しく、貫通孔２１ｂ〜２１ｅにペルチェ素子２２Ａ〜２２Ｄが嵌め合わされることでペルチェ素子２２Ａ〜２２Ｄが保持される。
【００５１】
なお、ペルチェ素子２２Ａ〜２２Ｄは、シリコンポッティング材等で素子保持部材２１に固定してもよい。また、図６に示すように、ペルチェ素子２２Ａ〜２２Ｄが配線Ｃ１によって連結されている場合には、素子保持部材２１には、ペルチェ素子２２Ａ〜２２Ｄと温度調節器６１とを接続している配線Ｃ１を収容する溝部（不図示）を形成するか、貫通孔２１ｂ〜２１ｅとペルチェ素子２２Ａ〜２２Ｄとの間に配線Ｃ１を引き出すための隙間を僅かに設けるようにしてもよい。
【００５２】
また、図６に示すように、素子保持部材２１のレーザ媒質１１側の端面の貫通孔２１ａ近傍には、レーザ媒質１１の温度をモニタする温度センサ（例えば、白金抵抗体）６３が設けられており、温度センサ６３は、配線Ｃ２によって温度調節器６１（図２参照）に接続されている。温度調節器６１は、温度センサ６３のモニタ結果に基づいて、レーザ媒質１１の温度を予め設定された温度になるようにペルチェ素子２２Ａ〜２２Ｄを制御する。温度調節器６１の設定温度(レーザ媒質１１の表面温度)は、レーザ媒質１１が結露せず、且つ熱破壊も起こらない温度である。
【００５３】
図３及び図４に示すように、電子冷却素子部２０の外側には、高熱伝導シート７１と同様の構成の高熱伝導シート７２を挟み、アルミ(又は銅)製ヒートシンク３０が設けられている。高熱伝導シート７２は、その中心線が中心線Ｌ１と一致するように配置されており、貫通孔７１ａと同じ大きさの貫通孔７２ａを中心線Ｌ１上に有する。ヒートシンク３０の外形は円形であり、中心線が中心線Ｌ１と一致するように配置されている。ヒートシンク３０の中央部には、レーザ媒質１１から放出された光（自然放出光及び誘導放出光）を通すための貫通孔３０ａが形成されている。また、ヒートシンク３０の排熱側には、表面積を出来るだけ広くし排熱効率を上げるための羽３１が形成されている。
【００５４】
上述した、ヒートシンク３０、高熱伝導シート７１，７２、電子冷却素子部２０は、周囲８箇所がホルダ１８にネジ止めされることでレーザ媒質１１に固定されている。これにより、ペルチェ素子２２Ａ〜２２Ｄのレーザ媒質１１に対する高い密着度が実現されることになる。また、ペルチェ素子２２Ａ〜２２Ｄがレーザ媒質１１に接着剤などで直接固定されていないので、レーザ媒質１１及びペルチェ素子２２Ａ〜２２Ｄの熱膨張係数の違い等に起因する熱歪の負荷でペルチェ素子２２Ａ〜２２Ｄが壊れることが抑制されている。
【００５５】
また、レーザ媒質１１の裏面１３上には、表面１２側と同様に、レーザ媒質１１側から順に、高熱伝導シート７３、電子冷却素子部４０、高熱伝導シート７４、及び、ヒートシンク５０が設けられており、これらは、周囲８箇所がホルダ１８にネジ止めされることでレーザ媒質１１に固定されている。
【００５６】
高熱伝導シート７３，７４、ヒートシンク５０の構成は、高熱伝導シート７１，７２及びヒートシンク３０の構成と同じであり、中心線Ｌ１上に励起光を通すための貫通孔７３ａ，７４ａ，５０ａを有する。貫通孔７３ａ，７４ａ，５０ａの大きさは、励起光を通せれば特に限定されないが、小さい方が好ましい。
【００５７】
電子冷却素子部４０は、電子冷却素子部２０と同様に、素子保持部材４１に、ペルチェ素子２２と同数の、すなわち、ここでは４個のペルチェ素子（第２の電子冷却素子）４２が埋め込まれたものである。以下の説明では、４個のペルチェ素子４２を区別するために、ペルチェ素子４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，４２Ｄとも称す。各ペルチェ素子４２Ａ〜４２Ｄは、配線Ｃ３によって温度調節器６２（図２参照）に電気的に接続されている。
【００５８】
また、図７に示すように、裏面１３側の各ペルチェ素子４２Ａ〜４２Ｄは、表面１２側における対応するペルチェ素子２２Ａ〜２２Ｄに対して、中心線Ｌ１周りにπ／４（ラジアン）ずれるように素子保持部材４１に保持されている。
【００５９】
素子保持部材４１の組成及び形状は、素子保持部材２１と同様であり、レーザ光を通すための貫通孔４１ａを中心線Ｌ１上に有すると共に、ペルチェ素子４２Ａ〜４２Ｄを収容するための貫通孔４１ｂ〜４１ｅを貫通孔４１ａの周囲に有する。また、素子保持部材４１のうちレーザ媒質１１側の端面には、レーザ媒質１１の裏面１３の温度を測定する温度センサ６４（図３参照）が取り付けられており、温度センサ６４は、配線Ｃ４によって温度調節器６２に接続されている（図２参照）。
【００６０】
温度調節器６２は、温度センサ６４の測定結果に基づいて、レーザ媒質１１が設定温度になるようにペルチェ素子４２Ａ〜４２Ｄを制御する。温度調節器６２の設定温度(レーザ媒質１１の裏面温度)は、レーザ媒質１１が結露せず、且つ熱破壊も起こらない温度である。
【００６１】
図７を利用して、上記レーザヘッド２におけるペルチェ素子２２Ａ〜２２Ｄ，４２Ａ〜４２Ｄの配置関係についてより具体的に説明する。レーザ媒質１１の中心線Ｌ１に直交するペルチェ素子２２Ａ〜２２Ｄの中心線を各ペルチェ素子２２Ａの配置軸線Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄとし、中心線Ｌ１に直交するペルチェ素子４２Ａ〜４２Ｄの中心線をペルチェ素子４２Ａ〜４２Ｄの配置軸線Ｌ３ａ〜Ｌ３ｄとする。
【００６２】
このとき、各ペルチェ素子４２Ａ〜４２Ｄは、対応するペルチェ素子２２Ａ〜２２Ｄに対して、各配置軸線Ｌ３ａ〜Ｌ３ｄが、対応する配置軸線Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄから中心線Ｌ１周りにπ／４（ラジアン）ずれるように、言い換えれば、配置軸線Ｌ３ａ〜Ｌ３ｄと配置軸線Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄとのなす角度θがπ／４（ラジアン）となるように配置されている。
【００６３】
この配置では、レーザ媒質１１からみた場合、ペルチェ素子２２Ａ〜２２Ｄ，４２Ａ〜４２Ｄが中心線Ｌ１周りに交互に配置されることになる。そのため、ペルチェ素子２２Ａ〜２２Ｄ，４２Ａ〜４２Ｄによって、レーザ媒質１１は、中心線Ｌ１に直交する面内において均等に冷却されることになる。
【００６４】
次に、レーザシステム１の動作について詳述する。
【００６５】
まず、ファイバ結合型のＬＤ４Ａから励起光を出射する。ＬＤ４Ａから出射された励起光は、光ファイバ４Ｂの一端に入射し、光ファイバ４Ｂ内を伝播して他端から出射される。光ファイバ４Ｂの他端から出射された励起光は、照射手段５でコリメートされて、貫通孔５０ａ，７４ａ，７３ａ及び誘電体多層膜１５を通ってレーザ媒質１１に入射される。
【００６６】
レーザ媒質１１の左側(裏面１３)から入射した励起光は、レーザ媒質１１にその一部が吸収されながら伝播し、吸収されなかった光はレーザ媒質１１の表面１２の誘電体多層膜１４により反射され、再度レーザ媒質１１中を伝播し吸収される。この往復伝播により、励起光の９９％以上がレーザ媒質１１に吸収される。
【００６７】
励起されたレーザ媒質１１から自然放出光が放射され、所定の放射角で出射した自然放出光が、誘電体多層膜１４及び貫通孔７１ａ，２１a，７２ａ，３０ａを通って、レーザヘッド２から出力される。そして、レーザヘッド２から出力された自然放出光は、全反射ミラー６Ａ、出力ミラー６Ｂ及びレーザ媒質１１からなるリング型光共振器内を、反時計回りで（すなわち、全反射ミラー６Ａ、光アイソレータ７、出力ミラー６Ｂ、レーザ媒質１１の順に）周回する。これにより、レーザ媒質１１内で誘導放出が生じ、光共振器内を周回する光の強度が増幅されていく。
【００６８】
そして、増幅された光が、光共振器しきい値を越えるとレーザ出力として出力ミラー６Ｂから光共振器外にレーザ光が出射される。なお、自然放出光のうち光吸収体１６に入射した光はその約７０％が吸収される。これにより、レーザ媒質１１内のＡＳＥ(Amplified Spontaneous Emission)によるエネルギー損失が抑制されている。
【００６９】
次に、上記レーザシステム１におけるレーザ媒質１１の冷却方法について説明する。レーザ媒質１１の表面１２及び裏面１３の温度は温度センサ６３，６４によって測定され、その測定結果は、温度調節器６１，６２に入力される。温度調節器６１，６２は、温度センサ６３，６４の測定結果に応じて、レーザ媒質１１の温度が設定温度になるようにペルチェ素子２２Ａ〜２２Ｄ，４２Ａ〜４２Ｄを制御する。これにより、レーザ媒質１１内で発生した熱は、高熱伝導シート７１，７３を介してペルチェ素子２２Ａ〜２２Ｄ，４２Ａ〜４２Ｄにより吸熱され、最終的にヒートシンク３０，５０から放熱される。
【００７０】
従来、レーザ媒質１１を冷却するために、光を通すための孔を中央部に設けたペルチェ素子が採用されていたが、このようなペルチェ素子は特注品であり、結果として、レーザ媒質を備えたレーザヘッドの製造コストが増大する虞があった。
【００７１】
これに対して、レーザヘッド２では、複数のペルチェ素子２２，４２を素子保持部材２１，４１で保持して中心線Ｌ１周りに配置しているので、従来のようにペルチェ素子に光を通すための孔を設ける必要がなく、汎用のペルチェ素子を利用できる。その結果として、レーザヘッド２及びそれを備えたレーザシステム１の製造コストの低減が図られている。
【００７２】
そして、レーザシステム１が有するレーザヘッド２では、レーザ媒質１１の表面１２側のペルチェ素子２２Ａ〜２２Ｄの配置位置と、表面１２に対向する裏面１３側のペルチェ素子４２Ａ〜４２Ｄの配置位置とがずれていることが重要である。
【００７３】
前述したように、ペルチェ素子４２Ａ〜４２Ｄの配置軸線Ｌ３ａ〜Ｌ３ｄがペルチェ素子２２Ａ〜２２Ｄの配置軸線Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄに対して中心線Ｌ１周りにπ／４（ラジアン）ずれていることによって、レーザ媒質１１からみた場合、ペルチェ素子２２Ａ〜２２Ｄとペルチェ素子４２Ａ〜４２Ｄとが中心線Ｌ１周りに交互に配置されている。より具体的には、中心線Ｌ１に直交する面内において、隣接するペルチェ素子２２Ａ〜２２Ｄ間にペルチェ素子４２Ａ〜４２Ｄが位置することになる。この場合、ペルチェ素子２２Ａ〜２２Ｄ，４２Ａ〜４２Ｄが中心線Ｌ１方向において同じ位置に配置されるより、レーザ媒質１１の中心線Ｌ１に略直交する面内での温度分布が均一化される。その結果として、より高品質のレーザ光を得ることが可能である。
【００７４】
より具体的に、シミュレーション結果に基づいて説明する。図８（ａ）は、レーザシステム１の動作時におけるレーザ媒質１１の表面１２での温度分布を、シミュレーションした結果である。図８（ｂ）は、図８（ａ）における中心部の拡大図である。
【００７５】
このシミュレーションでは、レーザヘッド２の各構成要素に関する条件（組成、大きさなど）は、上記レーザヘッド２の構成の説明で例示したものとした。すなわち、レーザ媒質１１は、Ｎｄ：ＹＡＧ（Ｎｄ：０．８ａｔ．％）からなり、その半径は１６ｍｍとし厚さは８ｍｍとした。また、高熱伝導シート７１〜７５は、グラファイトシートとし、その厚さは１００μｍとした。また、素子保持部材２１は銅からなり、その厚さは１．６５ｍｍとした。更に、ヒートシンク３０，５０はアルミから形成した。
【００７６】
また、図９（ａ）は、比較のために、レーザ媒質１１の表面１２側のペルチェ素子と裏面１３側のペルチェ素子とを中心線Ｌ１周りにずらさずに配置したシミュレーション結果である。シミュレーションの条件は、ペルチェ素子の配置位置以外の条件は、図８の場合と同様とした。図９（ｂ）は、図９（ａ）の中央部の拡大図である。
【００７７】
図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、レーザ媒質１１の表裏面に対してペルチェ素子を同じ位置に配置した場合、レーザ媒質１１の中心線Ｌ１に直交する面内における温度分布は、ペルチェ素子の配置位置を反映しており、略四角形状であって不均一な温度分布となっている。このような温度分布が生じると、その温度分布による熱レンズ効果や熱複屈折といった熱効果によって、レーザ媒質１１を利用して生成されるレーザ光の径方向の強度分布が不均一になる。
【００７８】
これに対して、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、各ペルチェ素子４２Ａ〜４２Ｄを、対応するペルチェ素子２２Ａ〜２２Ｄに対して中心線Ｌ１周りにずらして配置した場合には、温度分布の形状は、レーザ媒質１１の中心線Ｌ１を中心とした円状であって、図９（ａ）及び図９（ｂ）の場合より、均一になっている。これにより、レーザ媒質１１の温度分布による熱レンズ効果や熱複屈折といった熱効果の影響が低減されるので、レーザ媒質１１を利用して生成されるレーザ光の径方向の強度分布の均一化が図られ、より高品質なレーザ光を生成することが可能である。
【００７９】
また、レーザヘッド２では、素子保持部材２１，４１をホルダ１８にネジ止めすることで、ペルチェ素子２２，４２をレーザ媒質１１に固定している。そのため、ペルチェ素子２２，４２とレーザ媒質１１の熱膨張率の違いなどで生じた熱歪による負荷で、それらが壊れることが抑制されている。この熱歪みによるペルチェ素子２２，４２及びレーザ媒質１１に与える影響は、柔軟性を有する高熱伝導シート７１，７３を電子冷却素子部２０，４０とレーザ媒質１１との間に配置することで更に抑制されている。この高熱伝導シート７１，７３は、同時にレーザ媒質１１とペルチェ素子２２，４２間の緩衝材としての機能も有している。
【００８０】
表面１２及び裏面１３を覆っている高熱伝導シート７１，７３は、レーザ媒質１１の４０倍、素子保持部材２１，４１の１．２倍から１．５倍程度の熱伝導率を有する。このため、レーザ媒質１１の熱を効果的にペルチェ素子２２Ａ〜２２Ｄ，４２Ａ〜４２Ｄや素子保持部材２１，４１に伝導できている。よって、中心線Ｌ１に直交する面内でのレーザ媒質１１の不均一温度分布が更に緩和され、より良質なレーザ光を得ることが可能である。
【００８１】
また、電子冷却素子部２０，４０とヒートシンク３０，５０の間にも高熱伝導シート７２，７４が挟まれているので、ペルチェ素子２２，４２からヒートシンク３０，５０へ効果的な熱伝導を実現している。その結果として、より効率的にレーザ媒質１１を冷却することが可能である。
【００８２】
以上、説明したように、レーザヘッド２及びそれを利用したレーザシステム１では、簡易な構成でレーザ媒質１１を効率的に冷却可能であって、高品質なレーザ光を生成できる。また、レーザ媒質１１を両面から冷却するため、レーザ媒質１１の厚さを片面冷却に比べて厚くすることも可能であり、レーザ媒質１１における励起光の吸収効率を上げるための複雑な光学系も要しない。更に、前述したように、製造コストの低減も図られている。そのため、小型化、軽量、製造コストの低減などが要求される産業用低出力レーザ装置（レーザ発振システム）に好適に利用することが可能である。
【００８３】
（第２の実施形態）
図１０は、本発明に係るレーザシステムの他の実施形態の概略図である。図１１は、図１０に示したレーザ装置の断面図である。
【００８４】
レーザシステム８は、被増幅光としての波長１０６４ｎｍのレーザ光Ｒを増幅するものであり、レーザ装置８０は、透過型のディスク型レーザ増幅器として機能する。
【００８５】
レーザシステム８では、レーザ媒質１１の表面１２側にも、励起手段４及び照射手段５が配置されており、レーザ媒質１１の励起を表面１２側及び裏面１３側から行う。レーザ装置８０の両側にそれぞれ配置された照射手段５，５は、その光軸がレーザ媒質１１の中心線Ｌ１と交差するように配置されている。シリンドリカルレンズ５Ａ，５Ｂの曲率は、励起光が発散せずにレーザ媒質１１に照射され、レーザ媒質１１内でのレーザ光Ｒの径と整合するように決定されている。
【００８６】
図１１に示すように、レーザ装置８０の構成は、レーザ媒質１１の表面１２及び裏面１３上に形成された誘電体多層膜８１及び誘電体多層膜８２が、波長８０８ｎｍの励起光と波長１０６４ｎｍのレーザ光に対する無反射(ＡＲ)コーティングである点で、レーザヘッド（レーザ装置）２と相違する。
【００８７】
次に、レーザシステム８の動作について説明する。
【００８８】
レーザ装置８０の両側に配置されたファイバ結合型のＬＤ４Ａ，４Ａから、励起光として波長８０８ｎｍ、出力１０Ｗの連続波(ＣＷ)を出射する。ＬＤ４Ａ，４Ａから出射された励起光は光ファイバ４Ｂ，４Ｂ内を伝播して、照射手段５，５側の光ファイバ４Ｂ，４Ｂの端から出力される。光ファイバ４Ｂ，４Ｂから出力された励起光は、照射手段５，５によってコリメートされて、レーザ媒質１１の表面１２及び裏面１３からレーザ媒質１１内に入射される。レーザ媒質１１に入射した励起光は、レーザ媒質１１に吸収されながら伝播する。これにより、励起光の約９０％以上がレーザ媒質１１に吸収され、レーザ媒質１１を励起する。
【００８９】
この状態で、被増幅光としてのレーザ光Ｒをレーザ媒質１１の裏面１３側から中心線Ｌ１を通るようにレーザ媒質１１に入射する。レーザ媒質１１に入射したレーザ光Ｒは、レーザ媒質１１内を直線的に伝播する。このとき、励起光によって励起されたレーザ媒質１１から誘導放出が生じ、レーザ光Ｒは、増幅されて表面１２側から出力される。
【００９０】
レーザシステム８において、レーザ媒質１１の冷却方法は、レーザシステム１の場合と同様である。すなわち、レーザ媒質１１内で発生した熱は、高熱伝導シート７１，７３を介してペルチェ素子２２Ａ〜２２Ｄ，４２Ａ〜４２Ｄにより吸熱され、最終的にヒートシンク３０，５０から放熱される。ペルチェ素子２２Ａ〜２２Ｄ，４２Ａ〜４２Ｄの制御は、温度センサ６３，６４でレーザ媒質１１の表面温度及び裏面温度をモニタすることによって実施されている。
【００９１】
レーザシステム８においても、各ペルチェ素子４２Ａ〜４２Ｄが、対応するペルチェ素子２２Ａ〜２２Ｄに対して中心線Ｌ１周りにπ／４（ラジアン）ずれていることから、ペルチェ素子２２Ａ〜２２Ｄ，４２Ａ〜４２Ｄの配置位置に起因するレーザ媒質１１内の不均一温度分布が緩和されている。これにより、レーザ媒質１１内を伝播することによって増幅されたレーザ光Ｒでは、例えば、レーザ媒質１１の表面及び裏面においてペルチェ素子が同じ位置に配置されている場合より、径方向の強度分布の均一化が図られている。
【００９２】
また、電子冷却素子部２０と表面１２との間に、表面１２を覆う高熱伝導シート７１が配置されており、電子冷却素子部４０と裏面１３との間に、裏面１３を覆う高熱伝導シート７３が配置されていることから、レーザシステム１の場合と同様に、レーザ媒質１１内の不均一温度分布が更に緩和されている。また、高熱伝導シート７１，７３が柔軟性を有することから、ペルチェ素子２２，４２とレーザ媒質１１との熱膨張係数の違い等に起因する熱歪の負荷でペルチェ素子２２，４２が壊れることが抑制されている。
【００９３】
（第３の実施形態）
図１２は、本発明に係るレーザ装置の他の実施形態を示す断面図である。図１３は、図１２に示したレーザ媒質部の斜視図である。図１３では、ホルダ１８、及び、後述する誘電体多層膜９３，９４の記載は省略している。
【００９４】
図１２に示した、レーザ装置としてのレーザヘッド９０は、図１に示したレーザシステム１に適用されるものである。レーザヘッド９０は、断熱シリコン樹脂１７が貼り付けられており光吸収体１６が接合されたレーザ媒質１１を透明伝熱部材としてのサファイアプレート（第１の伝熱部材）９１及びサファイアプレート（第２の伝熱部材）９２で挟んでいる点で、図１に示したレーザヘッド２と相違する。この点を中心にしてレーザヘッド９０について説明する。ここでは、断熱シリコン樹脂１７が貼り付けられており、光吸収体１６が接合されたレーザ媒質１１をコンポジットディスクＤと称す。
【００９５】
サファイアプレート９１，９２は、その直径がコンポジットディスクＤの直径と等しく、例えば、約２２ｍｍである。また、サファイアプレート９１，９２の厚さは、レーザ媒質１１内で発生した熱を十分伝達できる熱容量を有するようになっていればよく、例えば、３００μｍである。サファイアプレート９１，９２の表裏面は光学研磨してある。サファイアプレート９１，９２の一端面９１ａ，９２ａは直接レーザ媒質１１に接触し、レーザ媒質１１に接触していない側の端面９１ｂ，９２ｂには誘電体多層膜９３，９４が形成されている。
【００９６】
表面１２側の誘電体多層膜９３は、波長１０６４ｎｍのレーザ光を透過し(例えば、透過率９８．５％)、波長８０８ｎｍの励起光を反射(例えば、反射率９９．５％)するダイクロイックコーティングであり、裏面１３側の誘電体多層膜９４は、波長８０８ｎｍの励起光を透過し(例えば、透過率９８％)、波長１０６４ｎｍのレーザ光を反射する(例えば、反射率９９．８％)ダイクロイックコーティングである。
【００９７】
このレーザ媒質１１は、レーザ媒質１１とサファイアプレート９１，９２を併せた厚さにほぼ等しい厚さを有するホルダ１８とその表裏面側に設けられた電子冷却素子部２０，４０によって保持される。
【００９８】
このレーザヘッド９０では、励起光が入射されたことによってレーザ媒質１１内で発生した熱は、サファイアプレート９１，９２を介してペルチェ素子２２Ａ〜２２Ｄ，４２Ａ〜４２Ｄによって吸熱される。サファイアの熱伝導率は、約４０Ｗ／ｍＫであり、ＹＡＧの３〜４倍である。そのため、熱はレーザ媒質１１の径方向には拡散せず、サファイアプレート９１，９２の方へ、つまり、中心線Ｌ１方向へ拡散する。結果として、レーザ媒質１１内の温度分布は中心線Ｌ１方向の分布となり、サファイアプレート９１，９２を使用しない場合に比べて、レーザ媒質１１を通過する光に対して熱レンズなど熱効果の影響が更に抑制される。よって、レーザヘッド９０を、図１に示したレーザシステム１のレーザヘッド２の代わりに利用した場合、更に、高品質なレーザ光が得られる。
【００９９】
なお、レーザヘッド９０を、レーザシステム８のようにレーザ光の増幅器として利用する場合には、サファイアプレート９１，９２にそれぞれ形成する誘電体多層膜を、励起光及びレーザ光に対して無反射コーティングしたものにすればよい。
【０１００】
また、第１及び第２の伝熱部材は、サファイアプレートに限定されず、レーザ媒質から放出される光及び励起光に対して透明であって熱伝導率がレーザ媒質１１より大きなものであればよい。
【０１０１】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。
【０１０２】
レーザ媒質は、Ｎｄ：ＹＡＧとしているが、その他にもドープ原子としてＹｂ、Ｔｏ、Ｔｍ、Ｃｒが例示され、また、ホスト媒質としてＹＡＧの他に、ルビー、ＹＬＦ、サイファイア、ガラス、Ｓ−ＦＡＰ、ＧｄＶＯ４、ＹＶＯ４なども挙げられる。
【０１０３】
また、第１〜第３の実施形態では、第１及び第２の電子冷却素子部がそれぞれ有するペルチェ素子２２，４２の個数は４個としたが、前述したようにＮ（Ｎは２以上の整数）個でもよい。この場合、Ｎ個のペルチェ素子４２のうちの各ペルチェ素子４２は、対応するペルチェ素子２２に対して中心線Ｌ１周りにずれていればよく、中心線Ｌ１周りにπ／Ｎ（ラジアン）ずれていることが好ましい。
【０１０４】
更に、ここでは、ペルチェ素子４２は、ペルチェ素子２２に対してπ／Ｎ（ラジアン）ずらすとしたが、Ｎ個のペルチェ素子４２の各ペルチェ素子４２は、対応するペルチェ素子２２に対してずれていればよい。
【０１０５】
更にまた、第１〜第３の実施形態では、Ｎ個のペルチェ素子（第２の電子冷却素子）４２各々が、対応するペルチェ素子（第１の電子冷却素子）２２に対してずれて配置されているとしたが、これに限定されない。図１４に示すように、表面１２内のＮ（Ｎは２以上の整数）個の第１の領域１００上に複数のペルチェ素子２２が配置され、裏面１３内のＮ個の第２の領域１０１であって、対応する第１の領域１００に対して中心線Ｌ１周りにずれている第２の領域１０１上に複数のペルチェ素子４２が配置されていればよい。この場合、第１の領域１００（又は第２の領域１０１）の個数とペルチェ素子２２（又はペルチェ素子４２）の個数とは必ずしも１対１に対応していなくてもよい。
【０１０６】
図１４及び図１５を利用してより具体的に説明する。図１４（ａ）は、レーザ媒質の平面図である。また、図１４（ｂ）は、レーザ媒質の裏面図である。図１５は、表面上に配置される第１の電子冷却素子部の他の例の分解斜視図である。図１４（ａ），（ｂ）中、ハッチング部が第１の領域１００及び第２の領域１０１を示している。また、図１４では、Ｎは４とし、４つの第１の領域１００を第１の領域１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄと表し、４つの第２の領域１０１を第２の領域１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄと表している。
【０１０７】
図１４（ａ）に示すように、第１の領域１００Ａ〜１００Ｄは、中心線Ｌ１周りに略等間隔で位置している。また、第２の領域１０１Ａ〜１０１Ｄは、中心線Ｌ１周りに略等間隔であって、対応する第１の領域１００Ａ〜１００Ｄに対してπ／４（ラジアン）ずれるように位置している。このとき、第１の領域１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｄ上に、１つのペルチェ素子２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｄを配置し、第１の領域１００Ｃ上に、２つのペルチェ素子２２Ｃａ，２２Ｃｂを配置する。これは、例えば、図１５で示すように、表面１２上に配置される電子冷却素子部２０の貫通孔２１ｂ，２１ｄ，２１ｅに１つのペルチェ素子２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｄをそれぞれ配置し、貫通孔２１ｃに、２つのペルチェ素子２２Ｃａ，２２Ｃｂを配置することで実現できる。なお、ここでは、各第２の領域１０１Ａ〜１０１Ｄ上には、第１〜第３の実施形態の場合と同様に、ペルチェ素子４２Ａ〜４２Ｄを配置するものとする。
【０１０８】
この場合でも、ペルチェ素子４２が配置される第２の領域１０１Ａ〜１０１Ｄが、ペルチェ素子２２が配置される第１の領域１００Ａ〜１００Ｄに対してπ／４（ラジアン）ずれているので、第１〜第３の実施形態の場合と同様に、レーザ媒質１１は、ペルチェ素子２２，４２によって、より均等に冷却されることになる。その結果として、第１及び第２の領域１００Ａ〜１００Ｄ，１０１Ａ〜１０１Ｄが中心線Ｌ１方向に対して同じ位置にある場合より高品質のレーザ光を得ることができる。
【０１０９】
ここでは、第２の領域１０１の第１の領域１００に対するずれ角θは、π／４（ラジアン）としたが、第１及び第２の領域１００，１０１の個数がＮである場合には、π／Ｎ（ラジアン）とすればよい。また、各第１の領域１００上には、１又は複数のペルチェ素子２２が配置されていればよく、各第２の領域１０１上には、１又は複数のペルチェ素子４２が配置されていればよい。なお、各第１の領域１００上にペルチェ素子２２が１個ずつ配置され、各第２の領域１０１上にペルチェ素子４２が１個ずつ配置された場合が、第１〜第３の実施形態の場合に対応する。
【０１１０】
また、以上の説明では、第１及び第２の電子冷却素子はペルチェ素子としたが、ペルチェ素子に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明に係るレーザシステムの一実施形態の概略図である。
【図２】本発明に係るレーザ装置の一実施形態の斜視図である。
【図３】レーザヘッドの分解斜視図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。
【図５】レーザ媒質部の分解斜視図である。
【図６】電子冷却素子部の分解斜視図である。
【図７】ペルチェ素子の配置関係を示す図である。
【図８】（ａ）は、レーザ媒質の温度分布のシミュレーション結果を示す図である。（ｂ）は、（ａ）における中心部の拡大図である。
【図９】（ａ）は、比較例としてのレーザ媒質の温度分布のシミュレーション結果を示す図である。（ｂ）は、（ａ）における中心部の拡大図である。
【図１０】本発明に係るレーザシステムの他の実施形態の概略図である。
【図１１】図１０に示したレーザ装置の断面図である。
【図１２】本発明に係るレーザ装置の他の実施形態の断面図である。
【図１３】図１１に示したレーザ媒質部の分解斜視図である。
【図１４】（ａ）は、レーザ媒質の平面図である。（ｂ）は、レーザ媒質の裏面図である。
【図１５】レーザ媒質の表面上に配置される電子冷却素子部の他の例の分解斜視図である。
【符号の説明】
【０１１２】
１…レーザシステム、２…レーザヘッド（レーザ装置）、４…励起手段、５…照射手段、６…反射手段、７…光アイソレータ、８…レーザシステム、１０…レーザ媒質部、１１…レーザ媒質、１２…表面（第１の端面）、１３…裏面（第２の端面）、１８…ホルダ（媒質保持部材）、２０…電子冷却素子部（第１の電子冷却素子部）、２１…素子保持部材（第１の素子保持部材）、２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｃａ，２２Ｃｂ，２２Ｄ…ペルチェ素子（第１の電子冷却素子）、４０…電子冷却素子部（第２の電子冷却素子部）、４１…素子保持部材（第２の素子保持部材）、４２Ａ〜４２Ｄ…ペルチェ素子（第２の電子冷却素子）、７１…高熱伝導シート（第１の伝熱シート）、７３…高熱伝導シート（第２の伝熱シート）、８０…レーザ装置、９０…レーザヘッド（レーザ装置）、９１…サファイアプレート（第１の伝熱部材）、９２…サファイアプレート（第２の伝熱部材）、１００，１００Ａ〜１００Ｄ…第１の領域、１０１、１０１Ａ〜１０１Ｄ…第２の領域，Ｌ１…中心線（所定軸線）、Ｒ…レーザ光（被増幅光）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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